Лабораторная работа № 15
Термический анализ системы нафталин - фенол
Оборудование: семь пробирок с пробками, в которые вставлены термометры со шкалой на 100°С и проволочные мешалки; штатив для пробирок; большая пробирка с подставкой для использования ее в качестве воздушной рубашки; стакан емкостью 10 мл; спиртовка или водяная баня; треножник; асбестовая сетка; аналитические весы; секундомер; полотенце.
Реактивы: нафталин (С10Н8); фенол (С6Н5ОН).
Ход работы
В семь пробирок насыпают по 8 г смеси следующего состава:
| Компоненты смеси | Количество вещества (г) в пробирке | ||||||
| Нафталин Фенол |
Пробирки со смесями закрывают пробками, через которые проходят термометр на 1000С и проволочная мешалка, и устанавливают в штативе. В стакане емкостью 500 мл нагревают воду до кипения и опускают туда одну из пробирок с веществом (либо закрепленные пробирки помещают в баню с температурой 1000С). Когда вещество расплавится и нагреется до 1000С, пробирку вытирают насухо полотенцем и укрепляют в воздушной рубашке. Замечают время по секундомеру и записывают температуру вещества в пробирке каждые 30 секунд, постоянно перемешивая содержимое пробирки мешалкой со скоростью 1 об/с. Эксперимент повторяют с остальными пробирками. Полученные результаты записывают в таблицу:
| Измерения (интервал 0,5 мин) | Температура смеси (0С) в пробирке | ||||||
| 1-е 2-е 3-е |
На основании полученных результатов строят кривые охлаждения, откладывая на оси абсцисс время, а на оси ординат – температуру смеси. По изломам кривых охлаждения определяют температуру начала кристаллизации смесей и температуру отвердевания эвтектики смесей состава. Результаты записывают в таблицу:
| № Смеси | Состав смеси (%) | Температура начала кристаллизации (0С) | Отвердевание эвтектики | ||
| нафталин | фенол | Темпера-тура (0С) | Продолжительность температурной остановки (мин) | ||
| 100,0 75,0 62,5 50,0 37,5 25,0 | 25,0 37,5 50,0 62,5 75,0 100,0 |
На основании данных таблицы строят диаграмму плавкости системы нафталин - фенол, откладывая на оси ординат температуру начала кристаллизации, а на оси абсцисс – состав смеси. Определяют температуру отвердевания эвтектики и ее состав для системы нафталин – фенол.
X ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
В основе электрохимических методов анализа лежат процессы, протекающие на электродах или в межэлектродном пространстве. При выполнении анализа используют либо функциональную зависимость тока, потенциала, электрической проводимости (сопротивления) от концентрации анализируемого раствора, либо измеряют эти параметры с целью установления конечной точки титрования определяемого вещества подходящим титрантом.
Несмотря на то, что число параметров, характеризующих электрические свойства растворов, ограничено, известно много различных электрохимических методов:
· потенциометрия (частный случай рН-метрия);
· вольтамперометрия (полярография);
· кулонометрия;
· кондуктометрия;
· электрогравиметрия.
В электрохимических методах используют уникальную способность окислительно-восстановительных реакций протекать не только при непосредственном контакте, но и при их пространственном разделении.
X.1 КОНДУКТОМЕТРИЯ
Кондуктометрия является весьма распространённым физико-химическим аналитическим методом, который применяется при заводском контроле (измерение солесодержания котельных вод, регенерация ионообменных смол, контроль процессов очистки воды), в научно-исследовательской работе (определение константы диссоциации, коэффициента растворимости, константы равновесия химических реакций) и других областях науки и техники.
Кондуктометрический метод анализа основан на изучении зависимости между электрической проводимостью раствора и концентрацией ионов в этом растворе. Электрическая проводимость – электропроводность раствора электролита – является результатом диссоциации растворённого вещества и миграции ионов под действием внешнего источника напряжения. В поле электрического тока движущиеся в растворе ионы испытывают тормозящее действие со стороны молекул растворителя и окружающих противоположно заряженных ионов. Это так называемый релаксационный и электрофоретический эффекты. Результатом такого тормозящего действия является сопротивление раствора прохождению электрического тока. Электропроводность раствора определяется, в основном, числом, скоростью (подвижностью) мигрирующих ионов, количеством переносимых ими зарядов и зависит от температуры и природы растворителя.
Растворы электролитов, являясь проводниками второго рода, подчиняются закону Ома: I=U/R.
Чтобы измерить сопротивление раствора, в него погружают электроды. По аналогии с проводниками первого рода сопротивление раствора прямо-пропорционально расстоянию между электродами dи обратно-пропорционально площади их поверхности S: R= ρ∙d/S.
Коэффициент пропорциональности ρ – удельное сопротивление (Ом•См). При d = 1см и S = 1см2 R = ρ, следовательно, удельное сопротивление равно сопротивлению 1см3 раствора.
Величину, обратную удельному сопротивлению, называют удельной электрической проводимостью – æ. Удельная электропроводность раствора (См•см-1 или Ом-1) – это электропроводность 1см3 раствора, находящегося между электродами площадью 1см2, расстояние между которыми равно 1см. Из выше представленных уравнений следует, что она численно равна току, проходящему через слой раствора с поперечным сечением, равным единице, под действием градиента потенциала 1В на единицу длины.
Кроме этого различают эквивалентную λ электропроводность раствора или подвижность, которая характеризует электрическую проводимость разбавленных растворов, и зависит от суммарного числа ионов в растворе (то есть от концентрации), числа экспериментальных зарядов, переносимых каждым ионом (то есть от заряда иона), и от скорости движения одинаково заряженных ионов к катоду или аноду под действием электрического поля. Эквивалентная проводимость может быть определена расчётом из удельной проводимости с помощью формулы: λ=æ∙V, где V – разбавление, выраженное в единицах см3/моль, и определяемое по формуле V=1000/C (C – концентрация раствора).
Электропроводность раствора (или его сопротивление) измеряют в электрохимической ячейке, представляющей собой стеклянный сосуд, с вмонтированными электродами (для большей площади электродов их платинируют, то есть покрывают платиновой чернью). Конструкция ячейки для кондуктометрических измерений должна соответствовать интервалу измеряемых сопротивлений и константа ячейки при этих измерениях должна оставаться постоянной. Константа ячейки или постоянная ячейки (Θ, см-1) определяется площадью электродов (S, см2) и расстоянием между ними (d, см): Θ = d/S
Так как геометрическое определение d и S связано с трудностями, поэтому отношение d/S, называемое постоянной (константой) ячейки Θ, определяют с помощью растворов с известной удельной проводимостью и рассчитывается по формуле:
Θ = α·RP или Θ = α/W, т.к. RP = 1/W,
где RP – активное сопротивление, а W – измеряемая проводимость(измеряется по шкале измерительного прибора).
Метод кондуктометрии может быть реализован в варианте прямой кондуктометрии или кондуктометрического титрования. Прямую кондуктометрию используют для измерения концентрации довольно редко, чаще используют метод кондуктометрического титрования, основанный на использовании химической реакции, в результате которой происходит заметное изменение электропроводности раствора. Так как электропроводность является функцией концентрации, то измерение электропроводности осуществляется в процессе титрования.
Методика подготовки кондуктометра к работе и проведение на нем измерений
Измерение проводимости производится с помощью кондуктометра с использованием колоколообразного платинированного электрода. Подготовка кондуктометра к работе и определение постоянной электрохимической ячейки осуществляется в соответствии с инструкцией к прибору. При настройке используют стандартные растворы хлорида калия с известными значениями удельной проводимости, которые приведены в таблице 5.
После вычисления постоянной ячейки можно производить измерения проводимости других растворов. При этом настройки прибора должны оставаться такими же, как и при измерении проводимости эталонного раствора.
Таблица 5 – Удельная проводимость растворов хлорида калия (См×см-1)
| Температура | 00С | 180С | 200С | 250С |
| 1,0 моль/дм3 KCl | 0,06541 | 0,0982 | 0,1020 | 0,1177 |
| 0,1 моль/дм3 KCl | 0,00715 | 0,01119 | 0,01167 | 0,01288 |
| 0,01 моль/дм3 KCl | 0,000775 | 0,0012257 | 0,001276 | 0,001411 |
Для измерения проводимости исследуемого раствора необходимо выполнение следующих действий:
1) Промыть колоколообразный датчик с электродами дистиллированной водой.
2) Установить датчик в исследуемый раствор таким образом, чтобы все три платиновые кольца были полностью погружены в него.
3) После установления теплового равновесия (1-2 минуты) включить прибор нажатием кнопки «ON» до фиксации, не изменяя при этом настроек прибора, произведённых в процессе вычисления проводимости эталонного раствора;
4) Вычислить значение проводимости раствора æ по формуле:
æ = (количество делений)•(цена деления)•Θ
Если стрелка прибора «зашкаливает», значит проводимость исследуемого раствора оказалась больше ожидаемой. В этом случае необходимо установить более высокий предел проводимости, для нового предела вычислить новую постоянную ячейки по вышеизложенной схеме и повторить все инструкции для проведения измерения проводимости исследуемого раствора.
Если стрелка прибора «не отклоняется», то это означает слишком большой предел измерений. В этом случае следует изменить предел измерений на меньший, вычислить постоянную ячейки и произвести повторные измерения проводимости исследуемого раствора, соблюдая вышеизложенные пункты.